曲面零件冲压成形的理论研究与优化

【摘要】：板料冲压成形是一种重要的塑性加工方法,在现代汽车工业 中的应用越来越广泛,汽车行业日益激烈的竞争,不仅要求提高 冲压的生产效率,而且对冲压生产工艺的优化控制提出了更高的 要求。因此,冲压工艺技术方法的不断完善和提高,一直是板料 成形技术的研究热点。随着计算机软硬件技术,有限元技术及计 算机图形学等学科的迅猛发展,基于数值模拟的计算机辅助工程 技术(CAE)在板料成形领域得到了广泛应用。 曲面零件是研究汽车覆盖件这类零件的基础。基于胀形和拉 深复合变形的曲面成形,与普通拉深有不同的变形特点,但在冲 压工艺的各种资料中,曲面零件成形工艺设计一般仍沿用普通拉 深工艺,存在理论分析的滞后问题。因此本文从两个方面对曲面 成形进行了系统研究: 一是理论模型,分别从应用几何解析对成形机理,应用主应 力法对成形力、压边力模型等进行了深入的讨论和研究。 二是基于数值模拟的CAE技术,基于弹塑性有限变形理论 和ANSYS有限元软件,开发了曲面成形的有限元分析程序,模 拟了曲面冲压成形过程。 压边力的控制是冲压成形中防止法兰区起皱的主要控制手 段,实现压边力的优化控制,对充分利用板料成形性能,提高成 形极限具有重要意义。本文在推导变压边力数学模型基础上,提 出了“双变”理论,并基于ANSYS对变压边力控制进行了有效 的数值模拟,得出了优化的变压边力控制曲线。 本文对曲面零件的成形机理,力学分析,有限元数值模拟, 变压边力控制等进行了详细的论述和研究,建立了全面成形力和 压边力解析公式,上述工作有助于“曲面零件成形”这一新理论 的进一步完善和发展,能为复杂曲面零件冲压工艺提供理论指 导,也为更复杂的冲压成形过程的研究奠定了基础。